稀土掺杂铁酸钇的合成及性能研究(2)
1.1.3 YFeO3性能正交钙钛矿结构的 YFeO3晶体表现出了特有的磁学性能。将 YFeO3晶体与过渡金属掺杂已经被证明能非常有效的提高固溶体的磁性和多铁性,不过必须是要像锰酸钇和铁酸铋这样有着相似的结构并且都是铁磁化合物的晶体才可以。 例如[4]，将过渡金属像是锰、铬掺杂进铁酸铋就会发现晶体的磁矩得到了显著的增强。1.1.4 YFeO3应用（1）磁泡存储（2）气敏传感材料（3）燃料电池阴极材料（4）光催化材料（5）新型磁光器件1.2 YFeO3的研究现状1.2.1 制备方法（1）水热合成法首先依次称取硝酸钇 3.83g Fe（NO3）3和 4.04g 硝酸铁Y（NO3）3作为初始反应物，将其溶于30ml 的高纯去离子水中，放入磁子搅拌30分钟，让其充分溶解；再加入 42g氢氧化钾KOH 固体到正在搅拌的烧杯溶液中，把它作为该反应的矿化剂；等待反应物溶解并且冷却至室温后，将其转移到以聚四氟乙烯为内衬的反应釜中， 大约70%的填充度， 拧紧密封后放进烘箱中， 反应温度设为240℃，反应时间是72 小时；然后关闭烘箱让其自然冷却至室温。取出得到黑红色的晶体产物，然后用高纯去离子水清洗再进行超声分离处理，来去除残留在晶体表面的无定形杂质；最后在得到干净的物相后，将其放入真空干燥箱中70℃烘干[6]。（2）自生长燃烧法先称取一定量的Y（NO3）3、Fe（NO3）3和甘氨酸，在蒸发皿中按照不同的物质的量的比加入不同的金属硝酸盐， 然后再加20mL去离子水搅拌40min后，随着水分的蒸发溶液变成粘稠状，最后瞬间燃烧成蓬松状粉末即得到 YFeO3固溶体样品[9]。（3）溶胶凝胶法按照化学计量比（n（Y）/n（Fe）=1）的比例，分别称取Y（NO3）3和 Fe（NO3）3分析纯，将它们溶解于适量的去离子水中后得到1mol/L的硝酸盐混合溶液。然后在溶液中加入柠檬酸（CA）及乙二醇（EG） ，柠檬酸与金属离子以及乙二醇与柠檬酸的摩尔值均为 1.5。在 80℃水浴中不断搅拌 2h 后使水分逐渐蒸发形成湿凝胶， 再经过80℃的干燥箱干燥24h得到干凝胶。 把干凝胶置于350℃的马弗炉中诱发自燃烧，最后得到目标产物粉体[1]。1.2.2 离子掺杂（1）A位掺杂即A位的非磁性离子Y3+被部分取代。例 1：Y1-xMgxFeO3通过镁掺杂固溶，在 0 x 0.8 时能够得复合氧化物 YFeO3 固溶体Y1-xMgxFeO3。固溶体的电导将远远大于同温度下的纯相铁酸钇，用 x=0.06的固溶体材料制成的元件的电导突变温度已经下降到360℃，比纯相的电导突变温度低 100℃。导电机制就是材料的本征激发和 Mg•的 h•电离及化学吸附氧使表面空间电荷层h.浓度增加的综合效应；900℃下煅烧 4h 的 Y0.94Mg0.06FeO3粉末制作的元件在 257℃时对 4.5μmol/L 乙醇的灵敏度达到 44，是 45 μmol/LPetrol 的4.0 倍，有广泛的应用前景[5]。（2）B位掺杂ABO3型钙钛矿结构的铁氧体中的B位非磁性阳离子一部分被磁性阳离子取代，通过这种方法，可以得到一种双钙钛矿结构的铁电磁体，其 B 位按无序或有序分布[6]。由于 ABO3型化合物中 B-O-B 的键角接近 180°，因此 B 位被过渡金属离子占据的时候氧离子就成了它们之间发生间接交换的桥梁并且使得离子排列有序。它们通过将钙钛矿晶格中的 A 位和 B 位阳离子偏离配位多面体中心而产生位移，从而使正负电荷中心不重合，然后产生电极化达到晶格铁电有序的目的。例 1：YFe1-XMnXO3当煅烧温度达到800℃的时候， 样品可以很好的固溶成正交铁酸钇固溶体[4]。锰在 B 位的掺杂范围为0x0.2，在此范围内时吹冰角结构中会存在亚稳相并且合成温度将会被提高。随着晶格参数的变化我们还可以观察到扭曲的晶体结构，随着锰的掺杂量越多锰，YFeO3的反铁磁性耦合就越强。这种现象的发生可能是通过诱导晶体结构扭曲来增强铁铁键和铁锰键之间的反铁磁性超交换相互作用形成的。